آلية عمل جزيئات البولي كربوكسيلات

1. تشتيت العمل

عندما يتم خلط الأسمنت مع الماء، تنجذب الجزيئات إلى بعضها البعض، وتشكل بنية متلبدة يمكنها تغليف 10%-30% من الماء بين جزيئات الأسمنت. ولا يمكن لهذه المياه المحتبسة أن تتحرك بحرية أو توفر التشحيم، مما يؤثر سلبًا على سيولة العجينة الأسمنتية. تمتص جزيئات البولي كربوكسيلات على سطح جزيئات الأسمنت، وتنقل شحنة سالبة تؤدي إلى التنافر الكهروستاتيكي. يعمل هذا الإجراء على تعزيز تشتت جزيئات الأسمنت، مما يؤدي إلى تعطيل الهيكل المتلبد وإطلاق المياه المحبوسة للمشاركة في التدفق. وهذا ما يفسر تأثير تقليل الماء للملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيلات؛ فهي تعزز استخدام المياه دون زيادة أو تقليل إجمالي محتوى الماء بشكل تعسفي. بالإضافة إلى ذلك، فإن تكوين المجمعات بين أيونات COO²⁻ وCa²⁺ يقلل من تركيز أيونات الكالسيوم في عجينة الأسمنت، مما يؤخر تبلور Ca(OH)₂ ويقلل تكوين هلام CSH، وبالتالي يبطئ عملية ترطيب الأسمنت. ونتيجة لذلك، تظهر جزيئات البولي كربوكسيلات أيضًا درجة معينة من التأثير المثبط. ومن المثير للاهتمام أن تطوير حلول البولي كربوكسيلات ذات القوة المبكرة قد يكون أمرًا صعبًا نظرًا لخصائص التثبيط الكامنة فيها. تعتمد معظم الإضافات ذات القوة المبكرة المتوفرة في السوق على التركيب مع عوامل مثل نتريت الصوديوم وثلاثي إيثانول أمين لتحقيق هذا التأثير.

2. عمل التشحيم

تحتوي السلاسل الجانبية للملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيلات على مجموعات الهيدروكسيل والإيثر (-COCC) التي تظهر محبة للماء. تشكل هذه المجموعات روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء، مما يؤدي إلى تكوين طبقة مائية على سطح جزيئات الأسمنت. يتمتع هذا الغشاء المائي بخصائص تشحيم ممتازة، مما يقلل بشكل فعال من المقاومة بين جزيئات الأسمنت ويزيد من قابلية تدفق الخرسانة.

3. تأثير العائق الاستيري

الهيكل المتفرع للملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيلات له تكوين مكاني على المستوى المجهري. على غرار الشخصية "السمينة الصغيرة" في الرسوم المتحركة، والتي يمنع شعرها المجعد الاتصال بجزيئات الأسمنت "السمينة الكبيرة" الموجودة خلفها، كلما كانت جزيئات الأسمنت أقرب إلى بعضها البعض، زاد تأثير العائق الاستاتيكي.

هذا التأثير يعزز الاحتفاظ بالركود في الخرسانة. يقع حجم جسيمات الأسمنت في نطاق الميكروميتر، في حين أن جزيئات البولي كربوكسيلات تقع في نطاق النانومتر، أي أصغر بثلاث مرات تقريبًا. يمكن لجسيم أسمنتي واحد أن يمتص عدة جزيئات بولي كربوكسيلات. التمثيل التخطيطي لجزيء متعدد الكربوكسيلات يشبه المشط. في البداية، ينتهي الأمر بالشخصية "السمينة الصغيرة" في موقف مأساوي، حيث تكون غير قادرة على التخلص من "السمين الكبير" المرتبط بالعضلات، والذي يصرخ في النهاية ويهزمه. في حين أن جزيئات البولي كربوكسيلات تؤخر عملية الترطيب عن طريق الامتصاص على جزيئات الأسمنت، إلا أنها في النهاية ستغلف بمنتجات الترطيب، مما يفقد فعاليتها. وبشكل عام، فإن عملية الامتزاز لجزيئات البولي كربوكسيلات لا تغير من خصائص الأسمنت؛ إنه يغير فقط سلوك تدفق الخرسانة دون التأثير على قوتها اللاحقة.